高中物理全程学习方略配套课件:2.3圆周运动的案例分析(沪科版必修2).ppt
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1、,1.(2010寿光高一检测)如图所示,飞机在飞行时,空气对飞机产生了一个向上的升力,如果飞机在一个半径为R的水平面内的轨道上匀速飞行,下列说法正确的是( ),A.飞机的重力与升力合力为零 B.飞机受到重力、升力、牵引力和空气阻力作用,其合力为零 C.飞机受到重力、升力、牵引力、空气阻力和向心力作用 D.飞机所受空气的升力沿斜向上方且偏向圆心一侧,【解析】选D.飞机在竖直方向上受力平衡,水平方向上需要向心力,因此升力的竖直分力大小等于重力,水平分力提供向心力,即合力不能为零,故A、B、C错,D正确.,2.如图所示,一汽车以一定的速度通 过凸形桥的最高点,下列说法正确的 是( ) A.汽车对桥的
2、压力大于汽车的重力 B.汽车对桥的压力小于汽车的重力 C.汽车的速度越大,对桥的压力越小 D.汽车的速度越大,对桥的压力越大,【解析】选B、C.此时小车在竖直方向上受重力和 支持力作用,由牛顿第二定律可得mg-N= N=mg- 由牛顿第三定律支持力与压力等大,故 压力小于重力,A错误,B正确;速度越大,压力越小,D错误,C正确.,3.溜冰时,冰面对溜冰运动员的最大静摩擦力为运动员体重的k倍,运动员在冰面上做半径为R的匀速圆周运动,其安全速度为( ) A. B.v C.v D.v,【解析】选B.人沿圆弧溜冰时,受三个力作用,重力、 支持力、静摩擦力,重力与支持力相平衡,静摩擦力提 供人做匀速圆周
3、运动的向心力,由 知,当R一定时,v越大,F越大,而静摩擦力提供向心力时,这个力不 会无限增大,其最大值为最大静摩擦力,最大向心力对 应的线速度就是安全速度临界值,因为kmg= 所以vm= 故v 选B.,4.质量为25 kg的小孩坐在秋千板上,秋千板离拴绳的横梁2.5 m.如果秋千板摆动经过最低点的速度为3 m/s,这时秋千板所受的压力是多大?(取g=10 m/s2) 【解析】在最低点对小孩由牛顿第二定律得: FN-mg= 解得FN=mg+ =(2510+25 )N 340 N,根据牛顿第三定律,这时秋千板所受的压力是340 N. 答案:340 N,【典例1】(2010广州高一检测)长为L的轻
4、绳,其一端固定于O点,另一端连有质量为m的小球,它绕O点在竖直平面内做圆周运动.求: (1)小球刚好到达最高点时的速度; (2)小球到达最高点速度为 时绳受到的拉力.,【思路点拨】本题可按如下思路分析:,【自主解答】(1)小球刚好到达最高点的临界条件 是绳的拉力为0,只有重力提供向心力,在最高点由 牛顿第二定律得: 解得 (2)小球在最高点受重力和绳的拉力作用,其合力 提供向心力,由牛顿第二定律得F+mg= 解得F=3mg,由牛顿第三定律得绳受到的拉力F=F=3mg. 答案:(1) (2)3mg,【互动探究】若轻绳换为轻杆,小球在最高点时,求: (1)当 时,小球受杆的作用力大小和方向; (2
5、)当 时,小球受杆的作用力大小和方向.,【解析】(1)小球在最高点受力如图所示, 由牛顿第二定律得mg-N1= 解得N1= mg, 方向竖直向上. (2)对小球由牛顿第二定律得mg-N2= 解得N2=-mg,负号说明N2与规定方向相反,故小球受到杆的作用力N2=mg,方向竖直向下. 答案:(1) mg 方向竖直向上 (2)mg 方向竖直向下,【典例2】(2010秦皇岛高一检测)火车以半径 r=900 m转弯,火车质量为8105 kg,轨道宽为 l=1.4 m,外轨比内轨高h=14 cm,为了使铁轨不受轮 缘的挤压,火车的速度应为多大?(g取10 m/s2),【思路点拨】解答本题应该把握以下三点
6、:,【标准解答】若火车在转弯时不受 挤压,即由重力和支持力的合力提 供向心力,火车转弯平面是水平 面.火车受力如图所示, 由牛顿第二定律得:F=mgtan= 由于很小,可以近似认为tan=sin= 解式得:v=30 m/s,【变式训练】铁路在弯道处的 内外轨道高低是不同的,已知 内外轨道对水平面倾角为(如 图),弯道处的圆弧半径为R,若质量为m的火车转弯 时速度小于 则( ),A.内轨对内侧车轮轮缘有挤压 B.外轨对外侧车轮轮缘有挤压 C.这时铁轨对火车的支持力等于mg/cos D.这时铁轨对火车的支持力小于mg/cos,【解析】选A、D.若火车以规定 速度v0行驶,则火车的向心力等 于它所受
7、到的重力mg与支持力 N的合力,即mgtan= 所以v0= 若车速小于v0, 则内轨对内侧轮产生侧压力F,如图所示. 此时Fsin+Ncos=mg,即Ncosmg 所以Nmg/cos,综上所述,A、D选项正确.,【典例3】如图所示摩托车与人的总质 量为M,在一水平面上向前运动.若摩 托车以速度v转过半径为R的弯道,求: (1)摩托车所受的摩擦力为多大? (2)如果摩托车对地面的最大静摩擦力为fmax,当转弯半径不变时,最大转弯速率vmax为多少?,【思路点拨】解答本题可按以下思路进行分析,【标准解答】(1)把摩托车与人看成一 个整体,其受力情况如图所示:重力Mg、 支持力N以及静摩擦力f,很明
8、显摩托车在 转弯时,所需要的向心力由摩托车所受的 静摩擦力来提供,根据牛顿第二定律可得 (2)由题意当f=fmax时,R不变,有最大静摩擦力 得vmax= 答案:(1) (2),1.(2010安庆高一检测)火车在某个弯道按规定运行速度40 m/s转弯时,内、外轨对车轮皆无侧压力,若火车在该弯道实际运行速度为30 m/s,则下列说法中正确的是( ) A.仅内轨对车轮有侧压力 B.仅外轨对车轮有侧压力 C.内、外轨对车轮都有侧压力 D.内、外轨对车轮均无侧压力,【解析】选A.火车在弯道按规定运行速度转弯时,重力和支持力的合力提供向心力,内、外轨对车轮皆无侧压力.若火车的运行速度小于规定运行速度时,
9、重力和支持力的合力大于火车需要的向心力,火车将做近心运动,内轨对车轮产生侧压力,重力、支持力和内轨的侧压力的合力提供火车做圆周运动的向心力,故A项正确.,2.(2010潮州高一检测)宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的空间站中处于完全失重状态,下列说法正确的是( ) A.宇航员仍受重力的作用 B.宇航员受力平衡 C.宇航员所受重力等于所需的向心力 D.宇航员不受重力的作用,【解析】选A、C.做匀速圆周运动的空间站中的宇航员,所受重力全部提供其做圆周运动的向心力,处于完全失重状态,并非宇航员不受重力作用,A、C正确,B、D错误.,3.(2010淮安高一检测)一个物 体从内壁粗糙的半球形碗边下滑, 在
10、下滑的过程中由于受摩擦力的作 用,物体的速率恰好保持不变,如图所示,下列说法正确的是( ) A.物体所受的合外力为零 B.物体所受的合外力越来越大 C.物体所受的合外力大小不变,方向时刻在改变 D.物体所受的向心力等于零,【解析】选C.物体在半球形碗内下滑,速率保持不变,做匀速圆周运动,物体所受重力、支持力和摩擦力的合力提供向心力.向心力的大小保持不变,方向沿圆周半径指向圆心,时刻改变,故C正确.A、B、D错误.,4.(2010德州高一检测)一辆卡 车在丘陵地匀速行驶,地形如图所 示,由于轮胎太旧,途中爆胎,爆 胎可能性最大的地段应是( ) A.a处 B.b处 C.c处 D.d处,【解析】选D
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